KR950005507B1 - N-(술포닐메틸)포름아미드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
본 발명은, 물과 2차산 존재하에서 술핀산, 포름 알데히드 및 포름아미드를 반응시켜 N-(술포닐메틸)포름아미드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
그 결과 얻어진 화합물은, 최근에 제조유기화학에서 "블록재"로서 광범위하게 사용되는 것으로 알려진 화합물의 종류인 이소시안화술포닐메틸의 제조과정의 중요한 출발물질이다(Lect. Heterocycl. Chem. 5, S111-S122(1980)의 개관참조).
이 부류에서 가장 빈번히 사용되는 화합물은, TosMIC라는 약명으로도 알려진 이소시안화파라 톨루엔 술포닐메틸이다. 이소시안화술포닐메틸의 가능한 합성방법에 대한 설명은 테트라헤드론레터(Tetrahedron Letters, 2367-2368(1972))에 나타나 있다.
그러나 출발화합물인 N-(술포닐메틸)포름아미드가 공업적인 규모로 양호한 수율로 쉽게 제조되지 않기 때문에, 이소시안화술포닐메틸의 대규모적인 사용은 심각하게 방해를 받고 있다.
이소시안화술포닐메틸의 대규모적인 제조를 위하여, 물과 포름산 존재하에 술핀산, 포름아미드 및 포름알데히드를 반응시키는 만니히 축합반응(Mannichcondensation)이 바람직하게 사용된다. 그결과 얻은 N-(술포닐메틸)포름아미드를 계속해서 탈수시켜서 얻고자하는 이소시안화술포닐메틸을 얻는다.
상세한 설명은 예를들면 유기합성
102-106(1977) 특히 토론(part 3)에 있다. 그 반응은 다음의 반응개요도로 나타낼 수 있다.
R은 유기기이고 더욱 상세히는 R은 치환 또는 치환되지 않을 수도 있는 히드로카르빌기 또는 헤테로아릴기가 될 수 있다.
히드로카르빌기는 지방족기, 지환족기, 단일고리아릴기 또는 다중고리아릴기일 수 있다.
지방족기는 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기일 수 있다. 지환족기는 시클로알킬기 또는 시클로알킬알킬기일 수 있다. 아릴기는 페닐기 또는 나프틸기일 수 있다. 헤테로아릴기는 1개 이상의 질소, 산소 또는 황원소고리를 갖는 1개이상의 5,6 또는 7-원고리를 갖는 기일 수도 있다. 치환체가 존재할 경우, 1개 또는 2이상의 치환체가 있을 수 있으며 그것들은 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 염소나 브롬같은 할로겐, 아미노기, 니트로기 등으로부터 선택될 수 있다.
지방족기와 지환족기는 탄소원자 10개까지 바람직하게는 6개를 함유할 수 있고, 가장 바람직하게는 1개 내지 4개의 탄소원자를 갖는 알킬기이다. 바람직하게는 R은 임의로 치환된 페닐기 또는 나프틸기 또는 저급알킬기이며, 더욱 바람직하게는 R은 파라메틸페닐기이다.
탈수단계(2)는 순조롭게 진행된다. 온화한 조건아래서 쉽게 구입할 수 있고 가격이 저렴한 화학약품을 사용하여 80-90%의 수율이 얻어질 수 있다.
그러나, 선행한 만니히 축합반응(1)은 낮은 수율로 진행한다. Rec. Trav. Chim. Pays Bas 91, 209-212(1972)에서는, 15-55% 범위에 이르는 수율로 얻어지는 다섯가지 N-(술포닐메틸)포름아미드가 보고되어 있다. 유기합성 57, 102-106(1977)에는 TosMIC를 합성하는 출발화합물인 N-(파라톨릴술포닐메틸)포름아미드를 제조하는데 단지 42-47%의 수율이 언급되어 있다.
본 발명에 따르면, 반응이 물이 없거나 단지 소량으로 존재하는 반응매체에서 수행될때 N-(술포닐메틸)포름아미드를 생성하는 만니히 축합반응의 수율이 실질적으로 향상될 수 있음을 발견하였다. 물의 양은 40%(w/w)를 초과하지 않고 바람직하게는 15%(w/w) 이하이며 더욱 바람직하게는 5%(w/w) 이하이다. 이렇게 물의 양을 조절하고 앞에서 언급한 유기합성 방법에서 사용되는 양보다 훨씬 적게 사용함으로써 90% 이상의 수율이 얻어질 수 있다. 본 발명에 따르는 방법의 더욱 좋은 점은 초기의 반응생성물이 더 이상의 분리를 거치지 않고 사용되어 계속해서 축합단계를 거쳐 이소시안화술포닐메틸을 제공하는 것이다. 그리하여 이 마지막에 언급된 화합물의 종류가 이제는 더욱 경제적인 단 도가니법(one-pot-process)으로 제조될 수 있다.
술핀산은 보통 염의 형태로, 예를들면 나트륨염의 형태로, 반응혼합물에 첨가되는데, 혼합물에서 과량의 산에 의해 술핀산이 해리된다. 이 과량의 산으로 바람직한 것은 포름산이다. 포름알데히드는 그 자체 또는 파라포름알데히드처럼 그자리에서 발생되는 형태로 반응물에 첨가된다. 반응물과 산은 바람직하게는 술핀산에 대하여 과량으로 사용한다.
포름아미드의 경우 약 6 : 1, 포름알데히드의 경우 약 5 : 1, 2차산의 경우 약 4 : 1의 몰비로 최적의 수율이 얻어진다. 필요하다면 반응을 방해하지 않는 희석액을 사용할 수 있으나 일반적으로는 필요하지 않다.
반응온도는 보통 약 50℃에서 그 혼합물의 비점까지의 범위이고 바람직하게는 85℃와 95℃ 사이이다. 최적의 온도는 약 90℃이다.
다음의 예들은 본 발명을 잘 설명해 줄 것이다. % 수율은 술핀산염 반응물을 기준으로 계산한다.
[실시예 1]
N-(토실메틸)포름아미드
약 4몰의 H2O를 포함하는 파라톨릴술핀산나트륨 51.22g(0.2몰)과 파라포름알데히드 24g(0.8몰), 포름아미드 60ml(1.5몰) 및 포름산 38ml(1몰)의 혼합물을 용기에서 15분에 걸쳐 90℃까지 가열하였다.
혼합물은 약 7%의 물을 함유하였다. 이 온도에서 2시간동안 교반시킨후에 맑은 용액을 20℃로 냉각시켰다. 시딩(seeding) 및 물 400ml의 첨가후 N-(토실메틸)포름아미드가 결정화되었다. 결정현탁액을 19℃에서 30분간 교반시켰다. 침전물을 여과시키고 75ml의 물로 3번 씻어준후, 70℃의 진공상태에서 건조시켜 N-(토실메틸)포름아미드 30.16g(70.8%)를 얻었다.
융점 109-111℃ 여과액을 염화메틸렌 100ml로 5번 추출시킴으로써 상당한 여분양의 N-(토실메틸)포름아미드가 얻어졌다. 합하고 증발시킨 추출물로부터 얻은 잔여물 10.5g을 500ml의 아세톤에 용해시켰다.
시딩한 후에 N-(토실메틸)포름아미드가 결정화되었다. 이 결정성 생성물을 여과하고 씻고 건조시켜 8.18g(19.2%)을 얻었다.
융점 103-107℃
모액의 잔여물(1.90g)을 염화메틸렌에 용해시키고, 그 용액을 실리카겔 칼럼을 통과시켰다. 적재된 칼럼을 처음에 톨루엔으로 용리하여 모든 염화메틸렌을 제거하였다.
계속해서 5%(v/v) 아세톤을 함유하는 톨루엔 0.6ι를 용리에 사용하고 마지막으로 10%(v/v) 아세톤을 함유하는 톨루엔을 사용하였다. 용출액의 합한 부분들로부터의 잔여물을 아세톤에 용해시켰다. 물을 첨가하고 아세톤을 진공상태에서 증발시켰다. 시딩후에 N-(토실메틸)포름아미드가 결정화되어 0.49g(1.15%)을 더 얻었다.
융점 107.5-108℃
회수된 N-(토실메틸)포름아미드의 총수율은 술핀산염을 기준으로 해서 91%의 수율은 나타내는 38.8g이었다.
[실시예 2]
N-(토실메틸)포름아미드
97% 건조 파라톨릴술핀산나트륨 7.34g(40밀리몰)과 파라포름알데히드 4.80g(160밀리몰), 포름아미드 12ml(13.56g, 300밀리몰) 및 99% 포름산 7.6ml(9.27g, 200밀리몰)의 혼합물을 90℃까지 가열하였다. 모든 반응물은 실질적으로 물이 없었다. 2시간동안 교반시킨 후에 그 혼합물을 실온으로 냉각시키고 30ml의 물을 첨가하여 이때 N-(토실메틸)포름아미드가 결정화되었다. 결과 생성된 N-(토실메틸)포름아미드를 물로 씻고 진공상태에서 건조시켰다.
수율 7.68g(90.1%), 융점 109-111℃
[실시예 3]
N-(페닐술포닐메틸)포름아미드
실시예 2의 과정을 반복하고 다만 파라톨릴술핀산염 대신에 97% 건조 벤젠술핀산나트륨 6.77g(40밀리몰)을 사용하였다. N-(페닐술포닐메틸)포름아미드의 수율은 6.31g(79.3%)이었다.
융점 106-107℃
[실시예 4]
N-(베타나프틸술포닐메틸)포름아미드
실시예 2의 과정을 반복하고 다만 파라톨릴술핀산염 대신에 건조한 베타나프틸술핀산나트륨 4.28g(20밀리몰)을 사용하였다. 다른 반응물의 양은 실시예 2에 비해 반으로 하였다.
표제화합물의 수율은 4.63g(93.0%)이었다.
융점 139-141℃
[실시예 5]
N-(토실메틸)포름아미드
실시예 2의 반응물을 함유하는 8개의 반응혼합물을 각각 제조하였다. 각 혼합물의 물×ml의 증가량을 첨가해서 그것들의 물중량%가 0,5,10,15,20,25,30 및 35중량%가 되도록 하였다. 혼합물들을 실시예 2에 기술된 대로 반응 및 진행시켰다. 첫번째 혼합물에만 30ml의 물을 첨가하고 다른 혼합물에는 (30-x)ml의 물을 첨가하였으며 결과 생성된 N-(토실메틸)포름아미드를 회수하였다.
얻어진 결과가 다음과 같다.
%물 : 0 5 10 15 20 25 30 35%
표제화합물의 : 7.68 7.09 7.20 6.98 6.95 6.52 6.20 5.70g
수율 : 90.1 83.2 84.5 81.6 76.5 72.8 66.9%
융점 : 109-111℃
[실시예 6]
이소시안화메틸술포닐메틸
메틸술틴산나트륨 1.02g(10밀리몰)과 파라포름알데히드 1.20g(40밀리몰), 포름아미드 3.0ml(75밀리몰) 및 포름산 1.9ml(50밀리몰)의 혼합물을 90℃에서 2시간 동안 교반시켰다.
각 반응물은 실질적으로 물이 없었다. 휘발성 반응물들을 90℃의 온도에서 및 진공상태에서 증류 제거시켰다. 잔여물을 10ml의 건조한 아세토니트릴로 실온에서 30분동안 초음파 진동시켰다.
테트라히드로푸란을 10ml 첨가한 후에 진동을 15분 동안 진행하였다. 결과 생성된 현탁액을 0℃로 냉각시키고, 디이소프로필아민 13.0ml(93밀리몰)을 넣고 교반시킨후 옥시염화인 3.1ml(33밀리몰)을 첨가하였다. 반응혼합물을 0℃에서 1시간동안 번갈아서 진동시키고 교반시켰다. 그리고는 계속해서 100ml의 얼음포화된 중탄산 나트륨용액에 쏟아넣고 염화메틸렌으로 추출하였다.
건조하고 농축시킨 추출물을 250ml의 아세트산 에틸로 희석시키고 중성알루미나로 처리하였다. 그 용액을 20ml로 농축시키고 40-60℃의 석유에테르 약 50ml를 서서히 첨가하였다. 결정이 형성되기 시작하며 석유에테르 50ml를 또 첨가하였다. 수율 : 표제화합물 630mg. 모액으로부터 표제화합물 30mg이 또 얻어졌다. 총수율 660mg(출발물질인 메틸술핀산염을 기준으로 하여 55%). 융점 : 50-54℃
재결정후 : 54.5-55.0℃
Claims (9)
- 술포닐기에 치환된 유기기 R을 함유하는 N-(술포닐메틸)포름아미드의 제조방법에 있어서, 상기의 제조방법은 R 기를 함유하는 술핀산, 포름알데히드, 포름아미드와 2차산의 반응으로 구성되며, 그 반응매체는 40%(w/w) 이하의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 반응매체는 15%(w/w) 이하의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 반응매체는 5%(w/w) 이하의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 2차산은 포름산인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 반응온도는 85℃에서 95℃ 사이, 바람직하게는 약 90℃인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 반응물과 2차산은 술핀산에 대하여 다음과 같은 몰비로 즉 포름아미드는 6 : 1, 포름알데히드는 5 : 1, 2차산은 4 : 1의 몰비로 반응혼합물에 도입되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, R은 임의로 치환된 페닐기 또는 나프틸기 또는 저급알킬기인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, N-(토실메틸)포름아미드가 제조되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 결과생성되는 N-(술포닐메틸)포름아미드 탈수되어 이소시안화술포닐메틸을 생산하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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